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[进阶] 快乐智造营 | 10 多功能测量仪

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本系列教程主要分享基于开源硬件和激光建模的创客作品的制作,每个作品涉及两三个电子模块的使用,让学习者能够轻松、扎实地掌握创客制作的知识和技能,并体会到智造的乐趣。
【目录】
5.快乐智造营 | 05 台灯9.快乐智造营 | 09 桌面温度计
10.快乐智造营 | 10 多功能测量仪


※10.1项目概述
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图10-1
        测量工具是人们生产生活必不可少的工具,如测速仪、水平仪等。“多功能测量仪”,如图10-1所示,是一个集测距、计时、测速功能为一体的电子测量仪。你还可以通过连接更多的传感器来扩展其功能。通过该项目的学习,可以掌握OLED12864显示屏和超声波传感器的使用。

        作品功能:通过显示屏显示测量结果,有三种模式可选:
              (1)测距,按下红色按钮后运行(可测范围2cm-4m);
              (2)计时,按下黄色按钮后运行;
              (3)测速,按下蓝色按钮后运行(在超声波可侦测范围内)。

   
演示视频

※10.2材料准备
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图10-2
       本项目所需要的硬件材料,如图10-2所示,分别为:
          (1)Arduino Uno   1块
          (2)IO扩展板           1块
          (3)数字按钮           3个
          (4)超声波传感器(HC-SR04)  1个
          (5)OLED-12864显示屏  1块

※10.3 电子模块的使用
10.3.1 OLED12864显示屏
       OLED12864显示屏是一款无需背光、自发光式显示模块,比传统的LCD显示屏功耗更低、响应速度更快、体积更小,常应用于移动设备上。在制作创客作品时,可选择IIC接口的,方便连接。该款显示屏分辨率为128*64,可显示4行、每行8个汉字。
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图10-3
       在与Arduino Uno主控板连接时,需连接到IIC接口。连接示例如图10-3所示,VCC、GND、SCL、SDA四个引脚要分别对应。如果没有使用扩展板或者扩展板上没有专用的IIC接口,可以将SDA连接到引脚A4、SCL连接到引脚A5。
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图10-4
       在编程软件Mind+中,其对应的积木有5个,如图10-4所示;需到【扩展】中的【显示器】下找到【OLED-12864模块】,然后选择添加才会在积木区出现。在使用时,需要先进行初始化设置,相应的IIC地址需要查看产品说明获知。
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图10-5
       按如图10-5所示编写程序,上传到设备。运行结果为:在显示屏的第1行显示“创客好玩!”。
10.3.2 超声波传感器
       超声波传感器是是将超声波信号转换成其他能量信号(通常是电信号)的传感器,可用来测量距离。创客制作中常用的超声波传感器型号为HC-SR04,发射器和接收器设计为两个圆筒形状,使用时注意不要遮挡。其可测范围为2cm-4m。
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图10-6
       在与Arduino Uno主控板连接时,可以连接到除D0、D1外的任何两个引脚。连接示例如图10-6所示,Trig连接D2引脚、Echo连接D3引脚,VCC和GND引脚分别对应。
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图10-7
       在编程软件Mind+中,其对应的积木是【读取超声波传感器距离】,如图10-7所示;需到【扩展】中的【传感器】下找到【超声波测距传感器模块】,然后选择添加才会在积木区出现。
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图10-8
       按照图10-8所示编写程序,上传到主控板。运行结果为:以串口打印的方式显示连接到引脚D2、D3的超声波传感器侦测的到前方物体之间的距离(单位:厘米)。

※10.4 项目制作
10.4.1 硬件搭建
       将超声波传感器连接到D2引脚(Trig)、D3引脚(Echo),将三个数字按钮分别连接到D11引脚、D12引脚、D13引脚, 将OLED-12864显示屏连接到IIC引脚,如图10-9所示。
10-9.jpg
图10-9
10.4.2 编写程序
       编程思路:
         (1)对显示屏和超声波传感器进行初始化设置,显示提示语。
         (2)当按下第一个按钮后,将超声波侦测结果显示在屏幕第4行;
         (3)当按下第二个按钮后,调用“系统运行时间”模块计算出自该模式运行后的时间,显示在屏幕第4行;
         (4)当按下第三个按钮后,通过将该模式运行后的距离变化值除以时长得出速度值,显示在屏幕第4行。

       根据编程思路,编写出程序,示例程序如图10-10所示。编好程序后,上传到设备,进行初步的测试。
主程序_WPS图片1.jpg
主程序_WPS图片2_WPS图片.jpg
主程序_WPS图片3_WPS图片.jpg
图10-10
10.4.3 设计切割外型
       使用激光建模软件LaserMaker进行外型的设计,设计图如图10-11所示。
10-11.JPG
图10-11
       图纸设计好后,使用激光切割机进行切割。切割好的零件如图10-12所示。
10-12.jpg
图10-12

10.4.4 装配调试
10.4.4.1 组装
       将切割好的木板和硬件进行组装,步骤如图10-13所示。
10-13.jpg 图10-13
          (1)组装底板和侧板
          (2)固定主控板
          (3)安装超声波传感器
          (4)将显示屏和按钮安装到面板上
          (5)装上面板
10.4.4.2 调试
       安装好后,通电测试。你可能需要对一些参数进行调整,以达到较理想的效果。比如,屏幕刷新的间隔时间。

※10.5 思维拓展
       你是否感觉功能还不够多?
       你可以增加更多的模块,让这个测量仪的功能更丰富。
       你想增加哪些功能呢?
       不妨记下来,等认识了更多的传感器后,再来实现它。


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